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一种用于 发酵液检测的直接生物 电极分析装置

阅读：33发布：2024-02-18

专利汇可以提供一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置与分析方法，包括：反应池、生物电极、缓冲液试剂盒以及排空泵。反应一段时间后生物电极接触到生物敏感电极之后，会产生直接电极转移，形成微弱的生物电化学反应电流信号，当进入反应池中的待测底物浓度高的时候，形成的反应电流也高，并且在一点的浓度范围之内，成线性比例关系。由于反应池中采用的工作腔为容量大的反应腔体，稀释了发酵液样品浓度，提供了改系统的抗干扰能力，同时增加了质控、定标、清洗等测空环节，直接生物电极采用高精度工业级微弱信号采集系统，可以了采集测试系统的电磁兼容性能。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于，包括：
反应池（1），其内部设置有工作腔（5），反应池（1）上设置有与工作腔（5）相连的排液口（16）及进液口（17）；
生物电极（4），通过固定装置固定于反应池（1）上，所述生物电极（4）的感应区与工作腔（5）内的缓冲液相接触，所述生物电极（4）的各个信号输出端连接于生物电极传感分析系统；
缓冲液试剂盒（10），其通过抽液管Ⅱ（11）连接于清洗泵（12）的进液端，其出液端通过进液管（13）连接于反应池（1）的进液口（17）；以及
排空泵（6），其进液端通过抽液管Ⅰ（7）连接于反应池（1）的排液口（16），其出液端通过排液管（8）连接于废液盒（9）。
2.根据权利要求1所述的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于：所述固定装置包括设置于反应池（1）中的螺孔，所述螺孔的尾端与工作腔相连通，生物电极（4）位于螺孔中并通过旋入螺孔中的螺母（19）压紧固定。
3.根据权利要求1所述的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于：还包括设置于反应池（1）上且与工作腔（5）相连通的安装孔Ⅱ（15），搅拌装置（2）安装于安装孔Ⅱ（15）中，搅拌装置（2）将工作腔（5）中的缓冲液搅拌。
4.根据权利要求1所述的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于：还包括设置于反应池（1）上且与工作腔（5）相连通的安装孔Ⅰ（14），进样触发传感器（3）安装于安装孔Ⅰ（14）中，触发传感器（3）连接于生物电极传感分析系统，当工作腔（5）内充入缓冲液时，触发传感器（3）产生触发信号。
5.根据权利要求2所述的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于：还包括垫板（21）以及设置于反应池（1）上的若干与生物电极（4）相对应的铜线（18），所述生物电极（4）与垫板（21）相接触，垫板（21）上设置有圆孔，所述圆孔中设置有密封圈（22），密封圈（22）一端与生物电极（4）的感应区密闭接触，其另一端与工作腔（5）密闭接触，所述垫板（21）上与生物电极（4）的各个信号输出端相对应的插孔（23），各个铜线（18）穿过对应的插孔（23）后与对应的信号输出端相接触。
6.根据权利要求2所述的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于：还包括设置于生物电极（4）与螺母（19）之间的压板（20）。
7.根据权利要求4所述的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，其特征在于：所述触发传感器（3）为红外发光二极管及红外接收二极管，当工作腔（5）内没有缓冲液时，红外接收二极管接收红外发光二极管发出的红外光，其产生电信号。

说明书全文

一种用于发酵液检测的直接生物 电极分析装置

技术领域

[0001] 本发明涉及生物传感器技术领域，具体涉及一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置。

背景技术

[0002] 生物传感器(biosensor)是利用生物敏感材料作识别元件与适当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或检测系统。其核心部件是生物电极，包括酶电极、免疫电极、核酸电极、细胞电极、组织电极等。可广泛应用于医学检测、家庭护理、食品安全、工业过程、农业应用、环境污染控制、军事生化防护等。

[0003] 生物传感器有三个发展阶段。以电化学酶电极为例，1962年Clark和Lyons首次提出的酶电极属于第一代生物传感器，也称经典酶电极。其原理是利用酶的天然电子传递体----氧来沟通与电极之间的电子通道，直接检测酶反应底物的减少或产物的生成。第二代生物传感器为介体酶传感器(介体酶电极)，是采用氧化还原电子媒介体取代氧分子在酶的氧化还原活性中心与电极之间传递电子，解决了对氧的依赖和电极活性的干扰问题。第三代生物传感器也称为直接电化学酶电极，是酶的氧化还原活性中心和电极表面直接交换电子的酶传感器。

[0004] 直接生物电极多采用条状印刷电极，也称为试剂条。随着制造技术的不断进步，特别是纳米技术的发展和应用，使电极性能不断提高，其优势特点是灵敏度高、抗干扰性强、可实现工业化批量生产，成本低，使用方便等，因而得到越来越广泛的应用。

[0005] 工业发酵过程需要对发酵底物、重要中间代谢产物和目标产物进行快速、准确的检测，以便对发酵过程进行优化和控制。发酵液样品的特点是样品量大、批次多、样品组分复杂、被测物浓度变化范围广，环境干扰因素不稳定等。试剂条式电极使用时一般是将被测样品加在电极表面进行测定，属于一次性检测方法，其准确性和均质性受试剂条制造工艺、储运方式和储存时间的影响，不能满足发酵样品高精度检测的要求。为提高试剂条电极检测的准确性，很多新的分析技术和分析产品开始应用，有国外公司开发了有质控、定标、清洗等功能的分析仪。但这些酶电极分析仪都侧重于血液样品微量级别的测定，操作精度要求较高，不适合工业复杂环境下对发酵液样品的测定。

发明内容

[0006] 本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种利用反应池连接生物电极，实现质控、定标、清洗与一体，抗电磁干扰能力强的用于发酵液检测的直接生物电极分析装置。

[0007] 本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

[0008] 一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，包括：

[0009] 反应池，其内部设置有工作腔，反应池上设置有与工作腔相连的排液口及进液口；

[0010] 生物电极，通过固定装置固定于反应池上，所述生物电极的感应区与工作腔内的缓冲液相接触，所述生物电极的各个信号输出端连接于生物电极传感分析系统；

[0011] 缓冲液试剂盒，其通过抽液管Ⅱ连接于清洗泵的进液端，其出液端通过进液管连接于反应池的进液口；以及

[0012] 排空泵，其进液端通过抽液管Ⅰ连接于反应池的排液口，其出液端通过排液管连接于废液盒。

[0013] 上述固定装置包括设置于反应池中的螺孔，所述螺孔的尾端与工作腔相连通，生物电极位于螺孔中并通过旋入螺孔中的螺母压紧固定。

[0014] 为了实现工作腔上溶液的搅拌均匀，还包括设置于反应池上且与工作腔相连通的安装孔Ⅱ，搅拌装置安装于安装孔Ⅱ中，搅拌装置将工作腔中的缓冲液搅拌。

[0015] 为了实现进液后检测，还包括设置于反应池上且与工作腔相连通的安装孔Ⅰ，进样触发传感器安装于安装孔Ⅰ中，触发传感器连接于生物电极传感分析系统，当工作腔内充入缓冲液时，触发传感器产生触发信号。

[0016] 为了提高密封性，还包括垫板以及设置于反应池上的若干与生物电极相对应的铜线，所述生物电极与垫板相接触，垫板上设置有圆孔，所述圆孔中设置有密封圈，密封圈一端与生物电极的感应区密闭接触，其另一端与工作腔密闭接触，所述垫板上与生物电极的各个信号输出端相对应的插孔，各个铜线穿过对应的插孔后与对应的信号输出端相接触。

[0017] 为了防止压损生物电极，还包括设置于生物电极与螺母之间的压板。

[0018] 进一步的，上述触发传感器为红外发光二极管及红外接收二极管，当工作腔内没有缓冲液时，红外接收二极管接收红外发光二极管发出的红外光，其产生电信号。

[0019] 本发明的有益效果是：反应一段时间后生物电极接触到生物敏感电极之后，会产生直接电极转移，形成微弱的生物电化学反应电流信号，当进入反应池中的待测底物浓度高的时候，形成的反应电流也高，并且在一点的浓度范围之内，成线性比例关系。直接生物电极在生物制造工业领域，开发应用困难重重，主要是因为发酵液样品量大、批次多、样品组分复杂、被测物浓度变化范围广，环境干扰因素不稳定等因素造成的。由于反应池中采用的工作腔为容量大的反应腔体，稀释了发酵液样品浓度，提供了改系统的抗干扰能力，同时增加了质控、定标、清洗等测空环节，直接生物电极采用高精度工业级微弱信号采集系统，可以了采集测试系统的电磁兼容性能，使该发明可以成功运用到工业环境。附图说明

[0020] 图1为本发明的系统结构图；

[0021] 图2为本发明的反应池的立体结构图Ⅰ；

[0022] 图3为本发明的反应池的立体结构图Ⅱ；

[0023] 图中，1.反应池 2.搅拌装置 3.进样触发传感器 4.生物电极 5.工作腔 6.排空泵 7.抽液管Ⅰ 8.排液管 9.废液盒 10.缓冲液试剂盒 11.抽液管Ⅱ 12.清洗泵 13.进液管 14.安装孔Ⅰ 15.安装孔Ⅱ 16.排液口 17.进液口 18.铜线 19.螺母 20.压板 21.垫板 22.密封圈 23.插孔。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图1、附图2、附图3对本发明做进一步说明。

[0025] 一种用于发酵液检测的直接生物电极分析装置，包括：反应池1，其内部设置有工作腔5，反应池1上设置有与工作腔5相连的排液口16及进液口17；生物电极4，通过固定装置固定于反应池1上，所述生物电极4的感应区与工作腔5内的缓冲液相接触，所述生物电极4的各个信号输出端连接于生物电极传感分析系统；缓冲液试剂盒10，其通过抽液管Ⅱ 11连接于清洗泵12的进液端，其出液端通过进液管13连接于反应池1的进液口17；以及排空泵6，其进液端通过抽液管Ⅰ 7连接于反应池1的排液口16，其出液端通过排液管8连接于废液盒9。工作时清洗泵12工作将缓冲液试剂盒10中的缓冲液送入反应池1中的工作腔5中，之后在工作腔5中加入样品后使其反应，反应一段时间后生物电极4接触到生物敏感电极之后，会产生直接电极转移，形成微弱的生物电化学反应电流信号，当进入反应池1中的待测底物浓度高的时候，形成的反应电流也高，并且在一点的浓度范围之内，成线性比例关系。直接生物电极在生物制造工业领域，开发应用困难重重，主要是因为发酵液样品量大、批次多、样品组分复杂、被测物浓度变化范围广，环境干扰因素不稳定等因素造成的。由于反应池1中采用的工作腔5为容量大的反应腔体，稀释了发酵液样品浓度，提供了改系统的抗干扰能力，同时增加了质控、定标、清洗等测空环节，直接生物电极采用高精度工业级微弱信号采集系统，可以了采集测试系统的电磁兼容性能，使该发明可以成功运用到工业环境。反应后的溶液可以被排空泵6从工作腔5中抽出，并送入废液盒9内，方便下次测试使用。

[0026] 优选的，固定装置包括设置于反应池1中的螺孔，所述螺孔的尾端与工作腔相连通，生物电极4位于螺孔中并通过旋入螺孔中的螺母19压紧固定。其安装结构简单，操作方便。

[0027] 还可以包括设置于反应池1上且与工作腔5相连通的安装孔Ⅱ 15，搅拌装置2安装于安装孔Ⅱ 15中，搅拌装置2将工作腔5中的缓冲液搅拌。通过搅拌装置2可以将工作腔5中的溶液搅拌均匀，提高测量时的准确度。

[0028] 还可以包括设置于反应池1上且与工作腔5相连通的安装孔Ⅰ 14，进样触发传感器3安装于安装孔Ⅰ 14中，触发传感器3连接于生物电极传感分析系统，当工作腔5内充入缓冲液时，触发传感器3产生触发信号。通过触发传感器3产生触发信号，其可以控制生物电极传感分析系统开始计时，从而方便控制反应时间。

[0029] 进一步的，还包括垫板21以及设置于反应池1上的若干与生物电极4相对应的铜线18，所述生物电极4与垫板21相接触，垫板21上设置有圆孔，所述圆孔中设置有密封圈22，密封圈22一端与生物电极4的感应区密闭接触，其另一端与工作腔5密闭接触，所述垫板21上与生物电极4的各个信号输出端相对应的插孔23，各个铜线18穿过对应的插孔23后与对应的信号输出端相接触。通过增加垫板21以及在垫板21上安装密封圈22，从而可以提高密封性，使工作腔5中的样品溶液至与生物电极4的感应区相互接触。生物电极4的各个信号输出端通过与铜线18相连，从而可以便于利用铜线18将信号传递至生物电极传感分析系统。

[0030] 优选的，还包括设置于生物电极4与螺母19之间的压板20。通过在螺母19与生物电极4之间设置压板20，可以防止生物电极4被压损，提高了使用的可靠性。

[0031] 具体的，触发传感器3可以为红外发光二极管及红外接收二极管，当工作腔5内没有缓冲液时，红外接收二极管接收红外发光二极管发出的红外光，其产生电信号。当工作腔5通入缓冲液后，红外发光二极管发出的红外光被缓冲液阻挡，红外接收二极管无法接收，从而可以产生关断，使电信号变化，生物电极传感分析系统即可得知此时工作腔5中通入缓冲液，方便其开始计时，从而帮助操作人员得知反应时间。

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